專利名稱：用于產(chǎn)氣式耗氣式電解反應的電解槽及毛細狹縫電極及其電解方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電解槽，用于產(chǎn)氣式或耗氣式電解反應和過程，特別適用于氯堿電解或充氫電解，或作為燃料電池，它包括一種電解液，和至少一個通過至少一個分離器分隔的電極對，其中至少一個電極是毛細狹縫電極，本發(fā)明進一步涉及一個毛細狹縫電極以及一種用于產(chǎn)氣式或耗氣式電解過程的電解方法。
對于電解的效率，例如對于獲得氫氧化鈉溶液，氯，氫或過氫氧化合物的金屬氯化物或水電解的情況，所使用的電極具有很重要的意義。這些電極應具有盡可能低的電阻值，從而使來自陽極和陰極間的反應區(qū)的反應氣體有可能實現(xiàn)快速輸入或快速輸出。
在目前的具有高活性電極原材料的氯堿電解和水電解裝置的一般電極結(jié)構(gòu)中，由于在活性區(qū)域電解液的氣泡負荷和電極的氣泡覆蓋，顯然是效率不高的。
直到現(xiàn)在電化學過程所用的氣體擴散電極大部分具有生產(chǎn)成本高的缺點，而且在充有電液體的槽中，富有氣體、多孔的電極遭到缺乏物質(zhì)交換的困難。電極/隔膜/電極組合所具有的比較低的強度，以及部分地不均勻分流現(xiàn)象限制了技術(shù)性能僅在較小的單元上實現(xiàn)。生產(chǎn)和在工業(yè)上使用非常薄的和穩(wěn)定的電極就要求更先進的耗資的工藝。
近來，一種用于氯和氫氧化鈉溶液生產(chǎn)的沉淀薄膜裝置式電解槽已經(jīng)是眾所周知了。在這種工藝中根據(jù)Ag/PTFE(“化學工程師技術(shù)”，第60卷，1988年，第7期，第563頁)的記載，采用了一種非常薄的、耗氧的和多細孔的陰極。其中一方面氧氣被輸入多細孔的電極，同時另一方面弱堿從上方經(jīng)過這個電極和隔膜之間，并且作為富含的氫氧化鈉溶液離開電解槽的缸底端，而陽極由活性分層鈦延性金屬按傳統(tǒng)的電極構(gòu)成，和陰極一樣以一個大約0.6毫米寬的縫隙距隔膜布置，并從上至下被浸透。所產(chǎn)生的氯由陽極向后方放出，并且由一個外部限定的無液體空間輸出。
國際專利申請WO91/00379公開了一種用于產(chǎn)氣式電解過程的電解槽，針對氣體從活性區(qū)輸出及較高電負荷的問題，該文獻提出了利用至少一個毛細狹縫電極的方法予以解決。也就是說，通過確定毛細狹縫的一個合適的尺寸，使氣泡的運動方向根據(jù)充有電解液的電極沿著基本上垂直于隔膜或沿著陽極和陰極間電子場的方向移動，但是這種辦法對于解決前述問題仍然沒有揭示出令人滿意的途徑。
因此本發(fā)明的目的是提供一種改善前述裝置的電解槽，在大量降低歐姆電阻的同時，改進物質(zhì)傳輸能力，及制造簡單，并以大活性表面和電解槽尺寸工作。
本發(fā)明的進一步目的是提供一種用于構(gòu)成電解槽及用于電解過程的改進的毛細狹縫電極，該電極具有明顯改善了的使用性能，尤其是具有非常好的物質(zhì)傳輸性能和顯著降低的歐姆電阻。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種在電解槽中進行產(chǎn)氣或耗氣的電解液反應和過程的電解方法，通過該方法能改善具有至少一個毛細狹縫電極的電解槽的功率參數(shù)，特別是能改進歐姆電阻值和物質(zhì)傳輸參數(shù)。
上述發(fā)明目的是根據(jù)本發(fā)明在上述類型的電解槽這樣實現(xiàn)的，即設置了分離地引導電解液或滲透液及反應氣體的細狹縫電極。
為了對電解液或滲透液以及對反應氣體分別地導向，在電解槽中設置了至少一個薄的緊鄰所述分離器的親水電解活性反應區(qū)，和一個寬的拒水的電解惰性氣體傳輸區(qū)。緊鄰該分離器的親水反應區(qū)構(gòu)成一個與分離器相鄰的電極區(qū)，同時遠離該分離器的氣體傳輸區(qū)構(gòu)成一個與分離隔開的電極區(qū)。
法國專利說明書FR-PS2308701公開了一種由金屬氧化物制成的可折射的電極，包括一個親水的所謂活性部分和一個拒水的導氣和液體的部分，該電極被浸入電解液中，并由一個隔膜或一個薄膜分隔開，或者使用一個分離器使電極限定出第二個充有電解液的空間，而與此相對應的另一個空間是與電解液體隔開的，反應氣體由該空間輸出，然而在其中還沒有涉及到毛細狹縫電極，這種毛細狹縫電極主要特征在于通過虹吸作用在電極內(nèi)部產(chǎn)生電解液極為均勻的分配。此外在制造電極時，必須帶有一定的微孔，費用高昂和關(guān)閉電解槽后清除微孔內(nèi)的剩余氣體是較困難的。
通過本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例可明顯降低電阻值，亦即使毛細狹縫電極的親水反應區(qū)與分離器形成無縫隙連接的布置。
毛細狹縫電極主要由多個具有間距的和基本上互相平行布置的電極組件組成，電極組件構(gòu)成了基本上垂直于分離器的毛細狹縫，并與分離器接觸地布置，其中反應區(qū)的尺寸(寬度)沿垂直于分離器的方向較小，最好是小于緊連著反應區(qū)的電極元件的氣體傳輸區(qū)的寬度。
值得推薦的是，電極元件或毛細狹縫電極在其約1/4電極元件寬度或1/4毛細狹縫電極厚度上作成親水區(qū)，而其余部分作成拒水區(qū)。為此，所述反應區(qū)設有一個親水的結(jié)晶涂層，而所述傳輸區(qū)具有一個拒水的涂層，例如一個油脂涂層或一個帶有一層拒水塑料聚合物的涂層。
在另一個根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電解槽的條狀電極組件的厚度(平行于分離器的尺寸或沿毛細狹縫的寬度方向)約為0.01至0.5毫米，而在間隔的電極元件間的毛細狹縫的寬度約為0.05至0.25毫米，一個毛細狹縫電極的厚度(或垂直于分離器的電極元件的寬度)至少是毛細狹縫的十倍。而毛細狹縫的寬度尤其取決于方法，運行的溫度，運行的壓力和所使用的電解液或滲透液。上述的參數(shù)均可以彼此無關(guān)地用于毛細狹縫電極。
毛細狹縫電極的電極元件最好具有一個例如與德國專利DD-PS285127或DD-PS285128一樣的構(gòu)型，具有平行于分離器的親水區(qū)，在一個較大的與親水層緊連的外側(cè)具有拒水區(qū)如涂層區(qū)，而具有親水特性的與分離器相鄰的部分的寬度大約是其余的拒水涂層電極元件寬度的四分之一。
一種優(yōu)選的電解槽結(jié)構(gòu)是這樣實現(xiàn)的，所述分離器是毛細狹縫電極的電解液或滲透液輸入用輸入元件，尤其是將電解液或滲透液輸入到無縫隙地緊貼在分離器上的該電極反應區(qū)上。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)方式，毛細狹縫電極的氣體傳輸拒水區(qū)域，即該毛細狹縫電極的這個較大的區(qū)域可以與電解液或滲透液隔開，并且實際上只用來輸入或輸出反應氣體。
分離器可采用有利的形式即薄膜或相應的隔膜形式。例如在水電解液情況下，選用一個電絕緣網(wǎng)體或格柵體以保證短路時足以分隔開陽極和陰極。
一個有利的電解槽實施方式是，該電解槽由于特別小的總厚度導致了結(jié)構(gòu)非常緊湊，它是這樣實現(xiàn)的;陽極和陰極這兩個毛細狹縫電極是分立地無縫隙地裝在分隔該電極對的分離器裝置上，因此陽極和陰極僅靠分離器分隔，并且連接到一個電解槽單元中。這樣的一個電解槽特別適用于氯堿電解和水電解。為此在垂直安裝的分離器的整個跨度上及一個或多個毛細狹縫電極的上面直接地裝有一個電解液或滲透液的毛細分配器，這也就是說，一個尤其適用于氯堿電解和水電解液的電解槽，根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施方式，分離器和在其上無縫隙安裝的一個毛細狹縫電極或多個毛細狹縫電極是垂直設置的，沿著該分離器在毛細狹縫電極上面覆蓋一個漏斗槽形的分配器裝置，用于輸入電解液或滲透液，這些液體沿分離器的至少一個平板形表面流動，因此電解液或滲透液(特別是水)沿著毛細狹縫電極或電極對的親水反應和分離器之間的界面形成一個薄膜。
為了實現(xiàn)反應氣體的快速輸入或輸出，依照本發(fā)明的另一個實施方案，在毛細狹縫電極的拒水區(qū)域外部邊側(cè)或軸向上部提供一個氣體輸入或氣體輸出空間。
本發(fā)明提供了一種簡單的電解槽結(jié)構(gòu)，例如水電解的一個雙極SPE(固態(tài)聚合物電解)沉淀薄膜電解裝置，可以帶有一個具有完全導電能力的電極對。
本發(fā)明還提供了一個有利的電解槽結(jié)構(gòu)，特別適用于氯堿電解或水電解液，包括一個分離器和在其上無縫隙安裝的平板形的毛細狹縫電極對，并用毛細狹縫電極連接到一個電解槽單元中，在毛細狹縫電極對外側(cè)的大量側(cè)向垂直地間隔開的電流引線，在毛細狹縫電極對和一個容納電解槽單元的外殼之間構(gòu)成了支撐和間隔組件。在這樣一種實施方式中，分離器不必要非用自身具有機械載重能力的構(gòu)件，因為毛細狹縫電極本身是硬的并仍然具有彈性依靠性，特別在作為毛細狹縫電極的陽極和陰極位于分離器的兩邊實施的情況中，它們具有機械穩(wěn)固性能，因此該發(fā)離器能夠做得很薄，且能形成機械上的相對穩(wěn)定。這一措施導致了電解槽厚度的進一步減少，并且允許選用作為分離器的材料也擴大了，可以考慮那些適于電解的但迄今為止尚未用過的材料，但是使用這些材料制成的分離器不允許用作獨立的、機械堅固的和能載重的構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例提供的一種在一殼中具有高組裝密度的電化學電解槽，尤其用于垂直結(jié)構(gòu)的SPE電解裝置，它也是這樣實現(xiàn)的設置了多個電解槽單元，每一個單元均包括一個毛細狹縫電極對，其中夾有呈平板布置的分離器，單元間最好是由導電的隔板分隔開，外殼的對置的殼壁可構(gòu)作為電流傳導元件。在這種情況下，本發(fā)明提供了一個與傳統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)相反的SPE-電解裝置的垂直結(jié)構(gòu)，從而可產(chǎn)生一個水沉淀薄膜(滲透)，而且由此提供了一個更大的電極表面，其中該毛細狹縫電極的親水反應區(qū)保持住以膜的形式出現(xiàn)的待分解水。
根據(jù)本發(fā)明又一個實施形式，電解槽最好作為雙極燃料電池，在陽極和陰極之間有一個電解液室，它的板壁構(gòu)成電解液可滲透的分離器，并且無縫隙地與每個構(gòu)成陽極或陰極的毛細狹縫電極相連接。最好是多個平板形電極對相繼布置，電解液室在電極對的上面和/或下面形成彼此溝通。從而使第一個電極對中的一個毛細狹縫電極同時構(gòu)成下一個電極對中一個電極。
根據(jù)本發(fā)明又一個實施形式，在裝置內(nèi)部裝有的毛細狹縫電極，沿其對置的每個外側(cè)具有一個親水區(qū)域，這樣的毛細狹縫電極就具有兩個外圍上的親水的反應區(qū)域，中間由拒水的氣體傳輸區(qū)分隔開。
為解決所述發(fā)明任務，與電化學電解槽范圍中確定的構(gòu)型及確定的應用無關(guān)地提供一種用于產(chǎn)氣或耗氣電解過程及反應的改進毛細狹縫電極，根據(jù)本發(fā)明該毛細狹縫電極設置了用于分開引導電解液及反應氣體的裝置。
這種由多個平行布置的，有間隔的電極元件組成的毛細狹縫電極，元件之間構(gòu)成毛細狹縫，具有象德國專利DD-PS285127或DD-PS285128所公開的相同的構(gòu)型，由多個薄片，帶，薄膜條帶或類似物構(gòu)成。為了改進反應氣體輸入或輸出，在其中電解的物質(zhì)傳輸不會受到阻礙，根據(jù)本發(fā)明是這樣達到的電極元件至少具有一個窄的、最好用于靠分離器布置的親水反應區(qū)，在反應區(qū)中電解液或滲透液在毛細作用下被接收和留住，同時還具有一個由此向外緊鄰著的拒水氣體傳輸區(qū)，由于其不吸潮的、拒水的構(gòu)形，特別是有涂層，可與電解液或滲透液實際上隔絕，通過避免了電極有效表面受氣泡的阻礙，從而減小了毛細狹縫電極的歐姆電阻值，同時可保證在電解反應區(qū)內(nèi)實現(xiàn)快速輸入和輸出反應氣體，而不會在氣體傳輸過程使該反應區(qū)受到障礙。
最好，具有間隔的電極元件的厚度取值范圍為0.01至0.05毫米，和/或取決于在電化學過程范圍內(nèi)毛細狹縫電極的應用，也就是說取決于電化學方法，運行溫度，運行壓力和電解液，相鄰電極元件間的毛細狹縫的寬度大約為0.05至0.25毫米，和/或該毛細狹縫電極具有一個厚度(相應于該電極元件的寬度)，該厚度至少相當于毛細狹縫寬度的十倍。親水反應區(qū)呈條狀構(gòu)成在電極元件的至少一面上，最好具有電極元件總寬度(相應于毛細狹縫電極的厚度)的大約四分之一寬，而毛細狹縫電極的其余部分實際上作為非電解(或非滲透)的氣體傳輸區(qū)利用，并帶有拒水的涂層，例如利用油脂或疏水的塑料聚合物的涂層，阻隔電解液或滲透液。而親水區(qū)可采用例如一種吸引電解液的結(jié)晶的涂層構(gòu)成。
為實現(xiàn)所述發(fā)明目的，提供一種改進了的電解方法，它可以減小歐姆電阻值，改進物質(zhì)傳輸以及具有高功率參數(shù)值和改進運行條件。在本文開始所述類型的一種方法中，根據(jù)本發(fā)明將這樣來解決電解液或滲透液，和相應的或要消耗的反應氣體至少主要是在毛細狹縫電極的內(nèi)部分開傳輸?shù)?，并且電解液不影響氣體傳輸，而氣體傳輸基本上不影響電解反應，這種影響無論如何是微不足道的。
在毛細狹縫電極內(nèi)部有一個位于其內(nèi)部緊貼著分離器，且充有電解液或滲透劑的反應區(qū)域，同時包括一個占毛細狹縫電極絕大部分、基本上不吸潮的氣體傳輸區(qū)，反應氣體基本上與分離器垂直地通過毛細狹縫電極的毛細狹縫的疏水空間傳輸?shù)狡涑溆须娊庖旱姆磻獏^(qū)，或者從充有電解液的反映區(qū)通過毛細狹縫電極的氣體傳輸區(qū)排出。
根據(jù)本發(fā)明方法的又一個優(yōu)選實施方案，電解液或滲透液只傳輸?shù)轿挥诜蛛x器側(cè)的一個內(nèi)親水反應區(qū)上，并在那里形成一個薄的液體膜，該膜在反應區(qū)內(nèi)呈毛細蔓延，而毛細狹縫電極離開分離器的拒水區(qū)、或者說在這個區(qū)內(nèi)的毛細狹縫，將保持與電解液或滲透劑無關(guān)的狀態(tài)。
另外，有利的是毛細狹縫電極的電解液或滲透液將通過分離器輸入。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施方案，電解液或滲透液基本上沿著垂直于氣體傳輸?shù)姆较?，沿著分離器或沿著分離器與電解液或滲透液之間的一個界面通過該毛細狹縫電極流動，以及流到毛細狹縫電極的親水反應區(qū)域。
此外，本發(fā)明主題的有利構(gòu)型，尤其是根據(jù)本發(fā)明的方法，被描述在從屬要求中。
本發(fā)明主要涉及的是提供一種毛細狹縫電極，在其中電解液和在電解過程中所產(chǎn)生的或消耗的反應氣體能分開傳輸，因此電解液或滲透劑不會妨礙反應氣體的傳輸，并且反應氣體也不會影響電解反應。為此使用這樣的毛細狹縫電極，它使電解液或滲透液只在一個靠近分離器的，最好是貼在分離器上的親水反應區(qū)內(nèi)流動，而在離開該分離器的毛細狹縫電極區(qū)具有一個疏水特性，因此在這個疏水區(qū)內(nèi)的毛細狹縫與電解液或滲透液保持隔絕。電解液向毛細狹縫電極的輸入可通過該分離器實現(xiàn)，例如，當電解液室的板壁構(gòu)成分離器或在SPE一水電解液的情況，電解液則滲透分離器。電解液/滲透液(尤其是水)的輸入也可以以沉淀薄膜的形式沿著朝向毛細狹縫電極的分離器表面進行，特別是從上面靠近毛細狹縫電極上部的地方輸入。而反應氣體將通過毛細狹縫電極中的區(qū)域輸出或輸入并與電解液或滲透液隔絕開，合乎目的的是該區(qū)域位于毛細狹縫電極離開分離器側(cè)。
一個特別有利的方法是由毛細狹縫電極上方借助于分離器導入的由電解液或滲透液構(gòu)成的沉淀膜、在該毛細狹縫電極中擴展在這個靠著分離器的整個側(cè)(親水反應區(qū))上，并以此形式被保持，而反應氣體通過毛細狹縫電極的與電解液或滲透劑隔絕的疏水毛細狹縫區(qū)，基本上垂直于分離器被輸出或輸入，在其中也可以通過一個儲氣室或輸入空間進行，這些室位于毛細狹縫電極的拒水氣體傳輸區(qū)域上部。所述分離器最好采用薄膜或隔膜形式，兩個電極中至少有一個是基本上緊貼在分離器上的毛細狹縫電極形式的結(jié)構(gòu)，這個毛細狹縫電極包括多個互相平行布置的電極元件，它們之間的間距是這樣確定尺寸的，即能產(chǎn)生一個毛細效應。
對于分別傳輸電解液或滲透液和反應氣體的毛細狹縫電極的引導裝置，最好是由一個窄的、緊貼在分離器上具有電解活性及親水性的反應區(qū)，及毛細狹縫電極其余的離開分離器部分的具有疏水特性，最好具有相應涂層的拒水區(qū)組成。如果毛細狹縫電極確實無縫隙地緊貼在分離元件上構(gòu)成一個封閉的電解膜，則可實現(xiàn)所需的電解槽或毛細狹縫電極的最佳功率參數(shù)值。該無縫隙裝置起到一個大量降低電阻值和顯著改善物質(zhì)轉(zhuǎn)換反應水平的作用，并且顯著提供了毛細狹縫電極或電解槽和電解方法的效率。在這種情況下避免了在毛細狹縫電極和分離器之間存在中空的或夾縫空間，由此避免了氣體聚集和氣泡凝固在分離器和毛細狹縫電極之間，這些氣體、氣泡可能會形成對電絕緣的氣體膜阻礙電解。此外，在分離器的兩側(cè)無縫隙地貼有兩個毛細狹縫電極，就產(chǎn)生了高的機械強度。
在電解槽的一個合理結(jié)構(gòu)中，一個電解質(zhì)的毛細狹縫分配器橫跨于垂直裝配的分離器整個跨度上，直接覆蓋于毛細狹縫電極的上面。在毛細狹縫電極離開分離器的一側(cè)上可與一個氣體輸出或氣體輸入室相連接。
其優(yōu)越性可從下面的措施得到證實，電極元件的厚度范圍最好取為0.01至0.05毫米，毛細狹縫的寬度則取決于電解的方法，運行的溫度，運行的壓力和電解液或滲透液的種類，選在0.05至0.25毫米之間。電極元件的寬度同時也是毛細狹縫電極的厚度，至少應為毛細狹縫寬度的十倍。
如果陽極和陰極只通過分離器分離，并且連接到一個電解槽單元中時，則電解槽的厚度將大大減小。一個這樣的電解槽特別適用于氯堿電解和水電解。如果反之，電解液由電極間的一個電解室被輸入，這樣做是合適的，將電解室的墻板作為可滲透電解液的分離器，這使電解液只能在電解液室內(nèi)以及分離器內(nèi)流動，并流經(jīng)與之相接的具有毛細狹縫電極活性反應區(qū)域的界層。在這一實施方案中不可以提供這樣一個電解槽，多個帶有夾在其間的電解液室的陽極了陰極與一個電解槽單元相接，而各電解液室之間對液流相互連通。
下面再總結(jié)地說明一下本發(fā)明的作用方式。
傳統(tǒng)的毛細狹縫電極(一般是水平放置的)的毛細管是填在帶電解液的電極間的。這也就是說，傳統(tǒng)的毛細狹縫電極的毛細狹縫內(nèi)完全吸滿了電解液或滲透液，這是毛細狹縫效應的結(jié)果。在電解液或滲透液的不均勻輸入情況下，特別是以沉淀膜形式輸入時，毛細狹縫電極因此有可能在整個電極表面和它的整個厚度上提供一個電解液或滲透液的均勻分配。當一方面，即希望一個大的活性電極表面浸透電解液或滲透液，但阻礙了另一方面、即阻礙了毛細狹縫電極完全被電解液或滲透液充滿，及阻礙反應氣體通過該毛細狹縫電極輸入或輸出，其結(jié)果是，氣泡在電極的活性區(qū)內(nèi)明顯地減弱了電解反應的強度，在電解液中產(chǎn)生的氣體或需要的氣體會產(chǎn)生氣泡，它們必須由毛細狹縫向外部遷移。在一個產(chǎn)氣式電解反應過程中，在電極的反應區(qū)內(nèi)生成的氣泡依靠電解液或滲透液表面的壓力，使電極元件的狹縫中部的固態(tài)部分極其猛烈地向外擠出，緊跟著產(chǎn)生一個固-液態(tài)的高的物質(zhì)移動，因此通過減少能斯脫式層厚產(chǎn)生一個高的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程。
為了避免在電極內(nèi)部的氣體隔絕效應使電流需求增大，或使電流輸出減少，及氣泡損害電解反應過程，根據(jù)本發(fā)明提供一種具有導向方式的毛細狹縫電極，電解液或滲透液，反應氣體在電極內(nèi)部保證分別被加以引導。這種導向方式最好是將電極分開為一個親水的反應區(qū)和一個疏水的氣體傳輸區(qū)，這些區(qū)最好通過一個相應的親水的或拒水的涂層構(gòu)成，其中毛細狹縫電極的親水部分只是在一個窄的區(qū)域內(nèi)，它緊靠在分離器上，這使毛細效應被增強且在該區(qū)域內(nèi)確保了電解液或滲透液的擴散。其余的拒水部分即毛細狹縫電極的較大部分解除了毛細效應，因此該氣體傳輸區(qū)與電解液或滲透劑隔絕，從而使氣體在電解活性區(qū)與毛細狹縫電極離開分離器的一側(cè)之間的傳輸無阻。這種可實現(xiàn)的毛細狹縫電極無縫隙地緊貼在分離器上的方式提供了一種緊湊的結(jié)構(gòu)方式。此外將分離器作為機械承受力大的構(gòu)件是不必要的，因為毛細狹縫電極本身堅硬柔韌，它作為陽極和陰極位于分離器的兩側(cè)，能承擔機構(gòu)穩(wěn)定性，從而使電解槽包具有足夠的機械強度，因此分離器本身可以做得薄些，并且相對不穩(wěn)定。這就導致如此建立的電解槽的厚度又一次減小，此外還允許為分離器材料提供一個最佳選擇，只需考慮電化學方面，不必要考慮機械性能方面的要求。
為了能將在毛細狹縫電極內(nèi)生在的氣泡帶走，或更好地向毛細狹縫電極的親水反應區(qū)引導，最好取反應區(qū)寬度約為電極元件寬度或毛細狹縫電極厚度的四分之一，最好使電解液或滲透液在此親水反應區(qū)內(nèi)是粘附的和穩(wěn)定的。電解液或滲透液應該沿著分離器呈現(xiàn)其薄膜形式，也就是說沿電流和電場方向，垂直于分離器呈現(xiàn)一個最小延伸。其次在與電解膜的連接處上毛細狹縫電極的毛細狹縫應是無電解液的。以此方式在電解膜(或滲透膜)里產(chǎn)生的反應氣體暢通無阻地由毛細狹縫電極逸出，或從周圍無阻礙地傳送到該電解膜上。反應氣體和電解液(或滲透液)的分開引導因此得以這樣實現(xiàn)，毛細狹縫電極具有一個窄的、親水的區(qū)域或涂層，能吸引電解液(或滲透液)，并且分配電解液或滲透液到一個與分離器相接觸的平面復蓋膜上，同時毛細狹縫電極還具有一個寬的拒水區(qū)域或涂層，因此實際上電解液(或滲透液)不能進入毛細狹縫電極的這個區(qū)域，所以該區(qū)適于氣體自由傳輸。
下面根據(jù)實施例和對應的附圖對本發(fā)明進一步加以說明

圖1，沉淀薄膜電解槽的橫斷面，圖解說明根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方案的具有耗氧陰極且適用于氯堿電解液的電解槽;
圖2，圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的一種水電解液雙極SPE沉淀膜電解槽;
圖3，圖解說明根據(jù)本發(fā)明又一個實施方案的一種帶電解液室的雙極燃料電池的一個橫斷面，以及圖4，圖解說明根據(jù)圖1至圖3的電解槽的毛細狹縫電極裝置的一個放大了的單元。
圖1說明了作為沉淀膜裝置的電解槽用于氯堿電解液，具有耗氧式陰極，圖1顯示了橫截面。這樣一個電解槽的詳細結(jié)構(gòu)細節(jié)表示在圖4的圖解透視圖中，電解槽具有一個位于其中部的平板式的、電解液可貫透的和可氣體滲透的分離器1，在分離器的兩側(cè)配置有同樣在其整個構(gòu)形上為平板形的毛細狹縫電極陽極2和陰極3，兩電極無縫隙地緊貼在分離器上。在毛細狹縫電極2和3的另外側(cè)，通過具有垂直間隔的電流導線4將電極支撐在電解槽外殼5的內(nèi)壁上，弱堿液是從上面通過一個將電解液導入到分隔器1上表面附近形成一個沉淀膜的毛細分配器6′導入的，分配器6′是由一個分配室6，一個分配室底部8及一個毛細分配器7組成的，在分配器底部8側(cè)連接了一個用于在電解液整個寬度上或分離器1整個寬度上對導入的電解液作水平控制的楔形分配器導槽9。分配器7的作用是使電解液沉淀膜沿分離器表面具有均勻的厚度，毛細分配器7的縫寬取決于所要求的電解液量。
作為陽極了陰極的兩個毛細狹縫電極2和3的結(jié)構(gòu)從圖4可清楚地看出，一個與分離器1接觸的位于內(nèi)部的條形段構(gòu)成一個親水的反應區(qū)域10及13，在該區(qū)內(nèi)的沉淀膜一電解液由于毛細狹縫電極2，3的毛細效應，而在毛細狹縫22(見圖4)中被吸收和留住，而毛細狹縫電極2，3其余的從親水反應區(qū)10、13向外延伸的區(qū)域構(gòu)成一個拒水的氣體傳輸區(qū)11，11′，其拒水特性，特別是拒水涂層的作用超過了毛細狹縫電極2或3的毛細狹縫22的毛細效應，因此設為氣體傳輸區(qū)11，11′的拒水電極段可與電解液隔開，而沉淀膜一電解液呈窄的、盡可能薄的膜態(tài)沿著分離器1在毛細狹縫電極2、3的親水反應區(qū)10、13內(nèi)擴散。因此所產(chǎn)生的電解液一沉淀膜由與分離器1相接觸的陽極2或陰極3的、在垂直方向上通過電解液的毛細狹縫結(jié)構(gòu)的親水反應區(qū)10，13所接收，分離器是一個薄膜或一個隔膜，從外部向電解槽輸入帶有小壓力的氧氣，它經(jīng)過一個氣體導入室14到達拒水的陰極3的氣體傳輸區(qū)11的毛細狹縫22。濃縮的電解液呈沉淀膜形式向下流動，并且從位于電解槽底部的一個搜集室12輸出。在圖1右側(cè)陽極部分具有一個相同的功能。分離器1兩側(cè)的兩個毛細狹縫電極2、3的結(jié)構(gòu)是一樣的。通過分配器6′輸入氯化鈉溶液，由電陽極2的親水反應區(qū)13出來變成電解反應結(jié)果的氯氣經(jīng)由陽極2的毛細狹縫22進入鄰近的氣體輸出室14，然后從那里輸出到外面。而稀鹽液將從電解槽底部的搜集室16被排走。
毛細狹縫電極的本身結(jié)構(gòu)可采用不同的方式，例如與德國專利DD-PS285127，DD-PS285128中所揭示的結(jié)構(gòu)相同，該毛細狹縫電極2、3中每一個包括板狀并行的電極元件23，它具有窄條式構(gòu)形，為了形成各毛細狹縫22，電極元件23由波形間隔電極元件23a沿分離器1主平面方向互相隔開。在親水反應區(qū)10.13內(nèi)電解液也能垂直地流過毛細狹縫電極2，3因為所述波形間隔電極元件23a在親水反應區(qū)10，13內(nèi)沿與分離器1平行的垂直方向上并不阻礙毛細作用的發(fā)生。
不言而喻，其它的電極構(gòu)形如薄片式，帶式或箔帶式，具有整體卷邊、型面等，也可以被選擇，例如由現(xiàn)有技術(shù)(參見國際專利WO91/00379)所公知的那種構(gòu)形。在目前的該實施例中，在這個電極區(qū)域中的不間斷的電解液膜是通過其每個內(nèi)部的親水反應區(qū)10、13與分離器1的緊密相貼形成的。而毛細狹縫電極2、3的氣體傳輸區(qū)11，11′的拒水結(jié)構(gòu)則反之，在毛細狹縫電極2、3的這個區(qū)域不吸潮的效應抵消了毛細效應，因此在氣體傳輸區(qū)11，11′中的電極與電解液是隔絕的。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施形式，電極元件23或間隔電極元件23a的厚度d取為0.01至0.05毫米，毛細狹縫22的寬度W取決于電解方法，運行的溫度，運行的壓力和電解液的種類，范圍取為0.05至0.25毫米。毛細狹縫電極2，3的寬度同時也是厚度用b表示，至少取為毛細狹縫22的寬度W的十倍。
在毛細狹縫電極2，3陽極側(cè)和陰極側(cè)的親水反應區(qū)10，13內(nèi)的電解質(zhì)應盡可能薄些。親水反應區(qū)10或13的寬度B約為電極元件23或23a的寬度b的四分之一，也就是說，約為電極厚度的四分之一。
利用借助于一種吸收電解液的、親水的、最好是結(jié)晶的涂層構(gòu)成的親水反應區(qū)10，13，在毛細狹縫電極2，3內(nèi)部構(gòu)成了一個隔離電解液和反應氣體的導向裝置。同時毛細作用在這個區(qū)域內(nèi)增強，在電解液膜厚度較薄時，將會形成電解槽的大多數(shù)組件單位時間內(nèi)具有相當高的通過能力的可能性。在陰極側(cè)用于輸入氧氣，在陽極側(cè)用于輸出氯氣的電極元件23，23b的拒水部分由電極元件23，23a上局部表面上的合適的不吸潮涂層，例如油脂或疏水的聚合物涂層構(gòu)成。電流是通過直接裝在毛細狹縫電極2，3拒水部分外側(cè)上的匯流條4輸入的。氣體經(jīng)由電極的傳輸最好是沿著垂直于分離器1的方向進行的，即沿著連到個側(cè)搜集室14的陽極2和陰極3之間的電場方向移動，這種布置也可以放棄，正如一個后面將要描述的本發(fā)明的一個實施例那樣，反應氣體從毛細狹縫22的拒水區(qū)向前是上方傳輸，輸出到毛細狹縫電極2，3，即沿著大致平行分離器1的方向排出。
圖2顯示了SPE(固態(tài)聚合物電解質(zhì))-電解槽，即一種由多個帶有固態(tài)電解液的電解槽組件組成的電解槽集合體，它具有包括陽極2和陰極3的毛細狹縫一電極對，例如通過一個具有電解性質(zhì)的隔膜將它們分離開。
傳統(tǒng)用于水電解方式的SPE一電解槽通常包括一個作為分離器的隔膜，該隔膜具有作為兩側(cè)涂層用于構(gòu)作陽極與陰極的多孔薄電極。為了將水分解，一般將電解槽單元水平布置，水只能在上側(cè)流動，由于表面積小，這種裝置只具有較小的功率。
在本實施方式中依靠與圖1和圖4結(jié)合所描述的毛細狹縫電極裝置，可完成一個垂直布置的、結(jié)構(gòu)相當緊湊的水沉淀膜一電解槽裝置。這種簡單、緊湊結(jié)構(gòu)的前提在于構(gòu)成無縫隙地貼在分離器1上的毛細狹縫電極的陽極和陰極2，3的電極元件23(如參見圖4)是完全導電的，其中在這里也將毛細狹縫電極2，3分成親水的親水反應區(qū)10及13，和較大的拒水氣體傳輸區(qū)11，11′(同前如述)。
在這種情況下，毛細狹縫電極2，3的親水反應區(qū)10及13(用于積蓄和吸收作為分解滲透液的水)以薄膜形式出現(xiàn)，并且保持這一水膜，而毛細狹縫電極2，3的拒水性的氣體傳輸區(qū)11，11′排斥水，并用于分別排出氧氣和氫氣。這樣以實質(zhì)上較大的電解槽尺寸，在減小的電解槽歐姆電阻值及為此通過將毛細狹縫電極無縫隙地緊貼在隔膜1上的情況下，實現(xiàn)了電解槽效率的顯著增高。根據(jù)圖2的SPE-電解槽在目前情況下具有三個平行串接起來的電解槽單元，每個均由中間夾有隔膜1的毛細狹縫陽極和毛細狹縫陰極組成。在雙極式電解槽集合體中的每個電解槽單元由薄的、導電的分隔板15相連接。
在這個實施例中，電流直接可輸入到毛細狹縫電極2，3，電解液室和在側(cè)向外部的氣體輸出空間可全部省去，這樣電解槽底部平面可縮小，從而得到一個非常緊湊的電解槽集合體。在這種情況下，陽極側(cè)所需用的純水是從毛細分配器7輸入的，以此方式，SPE一電解槽仍然可以用垂直的電極布置運行。過剩的水經(jīng)由搜集器18流出電解槽。外殼壁19，20同時也是陽極側(cè)或陰極側(cè)的電流引線。
圖3顯示了又一個實施例，這是一個用于產(chǎn)生電流的雙極式燃料電池的垂直截面，關(guān)于用作陽極2或陰極3的毛細狹縫電極構(gòu)造的細節(jié)正如同前面對圖4的描述，在此處為三個電解槽單元，每一個均由陽極2、陰極3和至少一個分離器1及所屬的電解液輸入裝置組成，該三個電解槽單元共由二個電極對構(gòu)成，每個電極對具有位于內(nèi)部的、與電解液及分離器1相鄰的親水反應及其余的拒水氣體傳輸區(qū)的毛細狹縫電極。位于內(nèi)側(cè)的電極，即毛細狹縫陰極3A和位于內(nèi)側(cè)的毛細狹縫電陽極2A組成了又一個電極對和電解槽單元，因此內(nèi)側(cè)的電極2A，3A中每一個都屬于兩個電解槽單元，為此陽極2A和陰極3A的兩側(cè)均在其一個邊緣區(qū)域中涂有親水性涂層，則沿著其兩邊平板式平行外表面均具有親水反應區(qū)10，13，而陽極2A和陰極3A的內(nèi)部中心區(qū)域11則構(gòu)成為拒水的垂直氣體傳輸區(qū)，氣體從這里垂直地排出，在這種情況下，在各毛細狹縫電極2，3，2A，3A的親水反應區(qū)10的外側(cè)，均設有分離器1，這樣各電極對2，3A，3，2A，2A，3A均靠兩個分離器1分離開，這里每個電極對還包括一個電解液室21。以此方式形成的三個電解液室21在毛細狹縫陽極2，2A及毛細狹縫陰極的上流側(cè)與下流側(cè)上相互溝通，電解液或生成的水從下向向上在其中流過(見圖3箭頭所示方向)，陽極2，2A和陰極3，3A的親水反應區(qū)10，13是可潤濕的，且該處形成電解反應的場所，而剩余的拒水的氣體傳輸區(qū)11用作為燃料電池的氫氣和氧氣反應氣體的輸入輸出通道。
燃燒材料例如氫，將在一定壓力下輸入到陰極3，3A，而氧或空氣對將在一定壓力下輸入到陽極2，2A。這里將不再進一步描述的、與外側(cè)電陰極3或陽極2相接的可導電的外殼壁19，20用作電流引出端，如果是堿性的低溫電解槽，陽極可由摻雜鈦的鎳構(gòu)成，陰極由摻雜鎳的銀構(gòu)成，則毛細狹縫電極2，2A，3，3A的親水反應區(qū)10與工作溫度及所使用的電解質(zhì)有關(guān)地設有相應的催化劑。在其它實施方案情況下，在分離器1上也可設有催化劑，并且毛細狹縫電極2，2A，3，3A單獨用作物質(zhì)交換以及對稱的電流傳輸線。
與圖2所示的水電解槽的實施例相比較，這里省去了可導電的隔板15，這樣燃料電池的電解槽單元與內(nèi)側(cè)電極2A，3A的多價使用相結(jié)合，可以使其厚度減小大約50%。
根據(jù)本發(fā)明方法，毛細狹縫電極以及包括這樣的毛細狹縫電極所制成的電解槽裝置被非常密地疊放在一起，實現(xiàn)了大面積電解液反應器。除其緊湊性外，這種電解液反應器還有一個優(yōu)點，即它比現(xiàn)有的電解槽具有低得多的歐姆電阻，因此可在較大電流或較小電損耗下工作，并且不僅單位時間的物質(zhì)通過量提高，而且每個電解槽裝置的效率也得到改善。
電解液通過量的進一步提高表明，電解槽裝置可以在更高壓力下去這行，毛細狹縫電極的制造可以機械化，因此非常有效益。它的堅固性能很高，從而該毛細狹縫電極和電解液槽裝置可具有壽命長的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.電解槽裝置，用于產(chǎn)氣式或耗氣式電解反應，特別是用于氯堿電解或水電解，或作為發(fā)電的燃料電池，包括一種電解液和至少一個由至少一個分離器分離開的電極對，其中至少一個是毛細狹縫電極，其特征是，所述毛細狹縫電極(2，3，2A，3A)包括使電解液或滲透劑和反應氣體分開引導的裝置(10，13，11，11′)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽，其特征在于，毛細狹縫電極(2，3，2A，3A)包括至少一個親水的、電解活性反應區(qū)(10，13)和一個疏水的、電解惰性氣體傳輸區(qū)(11，11′)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電解槽，其特征在于，緊靠著分離器(1)的親水反應區(qū)(10，13)構(gòu)成一個趨向內(nèi)側(cè)的電極部分，而一個遠離分離器(1)的氣體傳輸區(qū)(11，11′)構(gòu)成靠外側(cè)的電極部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的電解槽，其特征在于，所述毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的親水反應區(qū)(10，13)是無縫隙地接觸到分離器(1)上的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)是由多個電極組件(23，23a)組成，沿基本上正交于分離器(1)布置的毛細狹縫(22)與該分離器(1)相接觸地設置，沿正交于分離器(1)布置的親水反應區(qū)(10，13)的寬度(B)較小，最好是比挨著該親水反應區(qū)(10，13)的電極元件(23，23a)的疏水氣體傳輸區(qū)(11，11′)的寬度小得多。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電解槽，其特征是，親水反應區(qū)(10，13)的寬度(B)最大為正交于分離器(1)的毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)寬度(b)的三分之一，最好約為四分之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電解槽，其特征是，毛細狹縫電極(2A，2B)沿著相對置的外側(cè)具有兩個親水反應區(qū)(10，13)，是由位于毛細狹縫電極(2A，2B)中部的疏水的氣體傳輸區(qū)(11)分隔開的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，電極元件(23，23a)的厚度(D)是大約0.01至0.05毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，毛細狹縫(22)的寬度(W)約為0.05至0.25毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，垂直于分離器(1)的毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的厚度(D)至少是毛細狹縫(22)寬度(W)的十倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，電極元件(23，23a)具有呈條形平行于分離器(1)的親水的和拒水的涂層，位于分離器附近的電極段親水涂層的寬度(B)約為電極元件(23，23a)的剩余拒水涂層的寬度的四分之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，分離器(1)有一個導向元件，用于引導電解液或滲透輸入到毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)內(nèi)，尤其是輸入到無縫隙地緊貼在分離器(1)上的該毛細狹縫電極的親水反應區(qū)(10，13)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，分離器(1)是一個隔膜或薄膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，每個毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)被設置為陽極和陰極，它們從兩側(cè)上無縫隙地貼附在分離電極對(2，2A，3，3A)的分離器(1)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，電解液或滲透液在毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的親水反應區(qū)(10，13)內(nèi)沿著沿分離器(1)及毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的界面形成一層膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征為，分離器(1)一毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)正交配置，沿著分離器(1)且在毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)上面有一個分配裝置(6′，6，7，8，9)，用于將電解液或滲透液以沉淀膜形式沿著分離器(1)輸入到毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，氣體輸入或氣體輸出室(14)位于側(cè)向外側(cè)和/或軸向上方，與毛細狹縫電極(2A，3，3A)的拒水氣體傳輸區(qū)(11，11′)是相通的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，所述電極對完全導電的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，具有貼附在其上的作為陽極和陰極的毛細狹縫電極(2，3)的分離器(1)是平板形的，并與一個電解槽組件相連，多個在毛細狹縫電極(2，3)外側(cè)面上，垂直間隔開的匯流條(4)構(gòu)成頂在容納在一個電解槽組件的外殼(5)上的支撐及間隔元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19，其特征是，多個電池單元中每一個設有一個毛細狹縫電極對2，3，它們中間夾有平行布置的分離器(1)，最好電池單元間由可導電的分隔板(15)分隔開，其中互相對置的外殼的外側(cè)板(19，20)用作電流傳導元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中至少一個權(quán)利要求的電解槽，其特征是，在陽極(2，2A)和陰極(3，3A)之間有一個電解液室(21)，該室壁構(gòu)成可滲透電解液的分離器(1)，而分離器與作為陽極(2，2A)或陰極(3，3A)的毛細狹縫電極無縫隙地裝配在一起。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電解槽，其特征是，多個平板形電極對(2，2A，3，3A)順序布置，并且電解液室(21)在電極對(2，2A，3，3A)上面和/或下面互相溝通，使流體流上及/或流下電極對。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的電解槽，其特征是，一個第一電極對(2，2A，3，3A)中的一個毛細狹縫電極(2A，3A)同時又構(gòu)成另一電極對中的一個電極(2A，3A)，這個毛細狹縫電極(2A，3A)沿著緊靠分離器附近相對置的外側(cè)有兩個親水的反應區(qū)(10，13)。
24.毛細狹縫電極，用于產(chǎn)氣式或耗氣式電解反應，特別是用于殷堿或水電解，或作為發(fā)電的燃料電池，具有多個間隔開的電極單元，它們中間構(gòu)成毛細狹縫，其特征是，所述毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)包括使電解液或滲透液和反應氣體分開引導的裝置(10，13，11，11′)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的電極，其特征是，所述毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)包括至少一個親水的，電解活性的反應區(qū)(10，13)和一個拒水的，電解惰性的氣體傳輸區(qū)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25的電極，其特征是，一個分離器與所述親水反應區(qū)(10，13)相接。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中至少一個權(quán)利要求的電極，其特征是，電極元件(23，23a)的厚度約為0.01至0.05毫米。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中至少一個權(quán)利要求的電極，其特征是，至少實質(zhì)上互相平行裝配的電極元件之間的毛細狹縫(22)的寬度(W)約為0.05至0.25毫米。
29.根據(jù)權(quán)利要求24至28中至少一個權(quán)利要求的電極，其特征是，一個由毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的厚度所確定的電極元件(23，23a)的寬度b，至少是毛細狹縫(22)寬度(W)的十倍。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至29中至少一個權(quán)利要求的電極，其特征是，電極元件(23，23a)的親水反應區(qū)(10，13)的寬度(B)大約是電極元件(23，23a)寬度(b)的四分之一。
31.根據(jù)權(quán)利要求30至34中至少一個權(quán)利要求的電極，其特征是，毛細狹縫電極(2A，2B)具有沿其外側(cè)對立的兩個親水反應區(qū)(10，13)，它們由位于毛細狹縫電極(2A，2B)中部的拒水的氣體傳輸區(qū)(11)所隔開。
32.一種特別適用于權(quán)利要求1所述電解槽的電解方法，用于在電解槽中進行產(chǎn)氣式或耗氣式電解過程，包括至少一個電極對，其中至少一個是毛細狹縫電極，該電極與另一個電極被至少一個分離器分隔開，其特征在于，電解液或滲透液與在處理過程產(chǎn)生的或消耗的反應氣體，在毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)內(nèi)基本上是分開傳送的，電解液基本上不影響氣體傳輸，而氣體傳輸基本上不影響電解反應。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征是，在毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)里包括一個貼附在分離器上且充有電解液的親水反應區(qū)(10，13)，以及一個占毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的大部分且基本上與電解液隔絕的氣體傳輸區(qū)(11，11′)，反應氣體基本上垂直于或平行于分離器(1)，經(jīng)收毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的毛細狹縫(22)上無電解液的拒水氣體傳輸區(qū)(10，13)，或穿過這個充有電解液的親水反應區(qū)(10，13)排出。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33的方法，其特征是，電解液或滲透液只流入貼在分離器(1)上靠內(nèi)側(cè)的親水反應區(qū)(10，13)內(nèi)，接著在該親水反應區(qū)(10，13)內(nèi)產(chǎn)生毛細效應，而遠離分離器(1)的拒水氣體傳輸區(qū)(11，11′)基本上與電解液隔開。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的電解液或水是由分離器(1)輸入的。
36.根據(jù)權(quán)利要求32或35中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，電解液、或滲透液，尤其是水，基本上按垂直于反應氣體傳輸?shù)姆较?，沿著分離器(1)最好呈沉淀膜態(tài)輸送到毛細狹縫電極的吸收電解質(zhì)的親水的反應區(qū)(10，13)內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求32至36中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，電解液在陽極(2，2A)和陰極(3，3A)之間存在的電解質(zhì)室(21)內(nèi)流動，電解質(zhì)室(21)的壁作為可滲透電解質(zhì)的分離器(1)，電解液流經(jīng)該壁，輸入到毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的陽極和/或陰極。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征是，電解液沿著毛細狹縫電極(2A，3A)上帶有的外側(cè)對置的親水反應區(qū)從兩邊貫穿分離器(1)輸送。
39.根據(jù)權(quán)利要求32至38中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，毛細狹縫電極(2，3)的電解液或滲透液，特別是水呈現(xiàn)一種沉淀膜形式，沿分離器的表面輸送。
40.根據(jù)權(quán)利要求32至39中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，分離器(1)表面的電解質(zhì)或滲透液是從靠近毛細狹縫電極(2，3)的上部輸入的。
41.根據(jù)權(quán)利要求32至40中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，反應氣體從毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)的不滲透電解液的區(qū)域輸出或輸入的。
42.根據(jù)權(quán)利要求32至41中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，反應氣體是從遠離分離器(1)的毛細狹縫電極(2，3)的一側(cè)輸入或輸出的。
43.根據(jù)權(quán)利要求32至42中至少一個權(quán)利要求的方法，其特征是，從毛細狹縫電極(2，3)上面輸入的電解液或滲透液的沉淀膜在該毛細狹縫電極(2，3)里在整個毛細狹縫電極(2，2A，3，3A)靠在分離器(1)上的一側(cè)上擴散，并以此方式保持;而反應氣體經(jīng)由疏電角解液或滲透液、特別是拒水的毛細狹縫電極(2，3)的毛細狹縫(22)，沿基本上垂直于分離器(1)的方向輸出或輸入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)氣式或耗氣式電解過程和反應的電解槽以及一種毛細狹縫的電極，還涉及一種電解方法。根據(jù)本發(fā)明毛細狹縫電極包括導向裝置，可以使在電極內(nèi)的反應氣體和電解液/滲透液分開傳輸。首先電極有一個窄的、親水的內(nèi)部區(qū)域，緊貼在一個分離器上，它的剩余區(qū)域制成疏水區(qū)。這樣電解液/滲透液只能到達毛細狹縫電極靠近分離器的區(qū)域，而遠離分離器的區(qū)域與電解液/滲透液隔離開，從而允許反應氣體在其中自由流動。
文檔編號H01M8/02GK1083130SQ9211005
公開日1994年3月2日 申請日期1992年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月22日
發(fā)明者漢諾·文斯基, 赫爾曼·馬特施納, 漢斯·西格爾 申請人:格里馬機器設備制造公司